Una vez que el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA se lance en los próximos 12 a 18 meses, estará en camino de superar las expectativas iniciales de los científicos. Los investigadores han confirmado que Roman debería poder medir enormes ondas sísmicas que se propagan por las superficies de más de 300.000 estrellas gigantes rojas.
Roman es un telescopio de rastreo, con un espejo de 2,4 metros (8 pies) como el Telescopio Espacial Hubble, pero un campo de visión 100 veces mayor. Además de estudiar la materia y la energía oscuras, uno de los estudios principales de Roman será el Estudio en el Dominio del Tiempo del Bulto Galáctico, en el que se estudiarán millones de estrellas en el bulbo central de la Vía Láctea, principalmente para buscar exoplanetas. La idea es utilizar microlentes gravitacionales como dispositivo de búsqueda de planetas. Las lentes gravitacionales son una técnica que se utiliza a menudo en astrofísica para estudiar objetos distantes; Debido a la forma en que el espacio-tiempo se deforma según la relatividad general, algunos objetos enormes en el espacio (como los cúmulos de galaxias, por ejemplo) deforman la luz que viaja cerca, magnificando, distorsionando y duplicando la fuente de esa luz vista a través de nuestros telescopios. La microlente gravitacional se refiere a lentes gravitacionales a escalas más pequeñas, como la de un planeta.
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La ciencia que estudia estas oscilaciones estelares se llama astrosismología, y la frecuencia de las oscilaciones puede revelar las masas, tamaños y edades de las estrellas para las que se observan. A su vez, comprender mejor las estrellas puede informar a los astrónomos sobre algunas de las propiedades de los planetas que las orbitan.
“Con datos astrosísmicos podremos obtener mucha información sobre las estrellas anfitrionas de los exoplanetas y eso nos dará mucha información sobre los propios exoplanetas”, dijo en un comunicado el líder del estudio Trevor Weiss de la Universidad Estatal de California en Long Beach.
El Telescopio Espacial Kepler, que buscaba exoplanetas observando sus tránsitos, pudo realizar mediciones astrosismológicas de 150.000 estrellas. Para evaluar si Roman podrá hacer lo mismo, el equipo de Weiss aplicó el conjunto de datos de Kepler a modelos de las capacidades de observación de Roman. En particular, descubrieron que Roman será experto en detectar oscilaciones estelares en estrellas gigantes rojas, que son luminosas (lo que las hace más fáciles de detectar) y tienen una alta frecuencia de oscilación con un período que varía de horas a días. Esta es una buena coincidencia para el Estudio en el Dominio del Tiempo del Bulto Galáctico de Roman, que mantendrá un ojo fijo en cientos de millones de estrellas en el bulbo de la Vía Láctea cada 12 minutos durante media docena de tramos de 70,5 días, lo que significa que estará en sintonía con las vibraciones de las gigantes rojas.
“La astrosismología con Roman es posible porque no necesitamos pedirle al telescopio que haga nada que no estuviera planeado hacer”, dijo Marc Pinsonneault de la Universidad Estatal de Ohio. “La fuerza de la misión romana es notable: está diseñada en parte para avanzar en la ciencia de los exoplanetas, pero también obtendremos datos realmente ricos para otras áreas científicas que se extienden más allá de su enfoque principal”.
El bulbo, que alberga el agujero negro supermasivo Sagitario A*, es la parte más antigua de la Vía Láctea. Muchas de sus estrellas están envejeciendo y evolucionando fuera de la secuencia principal (que es como llamamos a la etapa de su vida en la que generan energía a través de la fusión de hidrógeno en helio en el núcleo).
Al abandonar la secuencia principal, la siguiente etapa en la evolución de una estrella similar al Sol con menos de ocho masas solares es expandirse y convertirse en una gigante roja. Las estimaciones iniciales del número de gigantes rojas en las que Roman podía observar ondas sísmicas eran 290.000, pero un análisis más profundo encontró que el número real podría ser mucho mayor.
“Ahora que sabemos que el sondeo implicará una cadencia de 12 minutos, descubrimos que fortalece nuestras cifras a más de 300.000 detecciones astrosísmicas en total”, dijo Weiss. Dependiendo de ciertas suposiciones, el número total podría llegar a 648.000 gigantes rojas en su campo de visión, con 358.000 en el bulto.
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“Sería la muestra astrosísmica más grande jamás recolectada”, afirmó Weiss.
Comprender las propiedades de las estrellas anfitrionas informará a los astrónomos sobre los planetas que encuentren; por ejemplo, si se encuentran en zonas habitables. Las observaciones también proporcionarán pistas sobre el futuro de los sistemas planetarios cuando su estrella comience a morir gradualmente evolucionando hacia una estrella gigante roja, antes de desprenderse de sus capas exteriores y dejar atrás una enana blanca muerta. La rapidez con la que esto suceda depende de la masa de la estrella. Las estrellas más masivas viven vidas más cortas que las estrellas menos masivas. Durante la fase de expansión y expulsión, todos los planetas que orbitan cerca de la estrella son destruidos.
En el caso de nuestro sistema solar, Mercurio, Venus y probablemente la Tierra estarán condenados. Sin embargo, la microlente tiene la ventaja de poder detectar planetas que están más lejos de su estrella, lo suficientemente lejos como para quizás sobrevivir a la etapa de gigante roja. Al detectar planetas alrededor de gigantes rojas y las órbitas de esos planetas, ayudará a los astrónomos a comprender mejor qué destino les espera a los planetas de nuestro sistema solar y qué tan lejos debe estar un mundo para sobrevivir. Los astrónomos ya han notado un déficit de planetas que orbitan alrededor de gigantes rojas, y los hallazgos de Roman consolidarán nuestra imagen de los sistemas planetarios evolucionados.
“Nuestro trabajo expondrá las propiedades estadísticas de toda la población (cuáles son sus abundancias y edades típicas) para que los científicos de exoplanetas puedan poner las mediciones romanas en contexto”, dijo Pinsonneault.
Los descubrimientos astrosísmicos de Roman no sólo nos enseñarán sobre los sistemas planetarios, sino que las edades de las estrellas basadas en las lecturas astrosísmicas actuarán como una guía para la historia de la Vía Láctea y su abultamiento en particular.
“En realidad, no sabemos mucho sobre el abultamiento de nuestra galaxia, ya que sólo se puede ver en luz infrarroja debido a todo el polvo que interviene”, dijo Pinsonneault. “Podría haber poblaciones o patrones químicos sorprendentes allí. ¿Qué pasa si hay estrellas jóvenes enterradas allí? Roman abrirá una ventana completamente diferente a las poblaciones estelares en el centro de la Vía Láctea. Estoy preparado para sorprenderme”.
Por ejemplo, una población joven de estrellas podría salir a la luz si Roman mide las oscilaciones en gigantes rojas más masivas. Esto se debe a que las estrellas más masivas viven vidas más cortas y, por lo tanto, se habrían formado más recientemente.
Actualmente, el lanzamiento del Telescopio Espacial Romano está previsto entre otoño de 2026 y mayo de 2027. Mientras tanto, la nueva evaluación de sus capacidades astrosísmicas se ha publicado en The Astrophysical Journal.